9. Выбор и проверка жестких

Типы проводников, применяемых в основных электрических цепях.

Основное электрическое оборудование электростанций и подстанций (генераторы, трансформаторы, синхронные компенсаторы) и аппараты (выключатели, разъединители и др.) соединяются между собой проводниками разного типа, которые образуют токоведущие части электрической установки. Рассмотрим типы проводников, применяемых на электростанциях и подстанциях в основных электрических цепях (рисунок 9.1).

Цепь генератора на ТЭЦ (рисунок 9.1, а)

В пределах турбинного отделения от выводов генератора G до фасадной стены (участок ВБ)токоведущие части выполняются шинным мостом из жестких голых алюминиевых шин или комплектным пофазно-экранированным токопроводом (в цепях генераторов мощностью 60МВт и выше). На участке БА между турбинным отделением и генераторным распределительным устройством (ГРУ) соединение выполняется шинным мостом или гибким подвесным токопроводом. Все соединения внутри закрытого РУ 6-10 кВ, включая сборные шины, выполняются жесткими голыми алюминиевыми шинами прямоугольного или коробчатого сечения. Соединение от ГРУ до выводов трансформатора связи Т1 (участок ИК) осуществляется шинным мостом или гибким подвесным токопроводом.

Токоведущие части в РУ 35кВ и выше обычно выполняются сталеалюминевыми проводами АС. В некоторых конструкциях ОРУ часть или вся ошиновка может выполняться алюминиевыми трубами.

Цепь трансформатора собственных нужд (Рисунок 9.1, а).

От стены ГРУ до выводов Т2, установленного вблизи ГРУ, соединение выполняется жесткими алюминиевыми шинами. Если трансформатор собственных нужд устанавливается у фасадной стены главного корпуса, то участок ГД выполняется гибким токопроводом. От трансформатора до распределительного устройства собственных нужд (участок ЕЖ) применяется кабельное соединение.

В цепях линий 6-10кВ вся ошиновка до реактора LR и за ним, а также в шкафах КРУ выполнена прямоугольными алюминиевыми шинами. Непосредственно к потребителю отходят кабельные линии.

Рисунок 9.1.Схемы главных цепей ТЭЦ (а) и АЭС (б)

В блоке генератор-трансформатор на АЭС участок АВ и отпайка к трансформатору собственных нужд БГ (рисунок 9.1, б) выполняются комплектным пофазно экранированным токопроводом. Для участка ЕД от Т2 до распределительного устройства собственных нужд применяется закрытый токопровод 6 кВ. В цепи резервного трансформатора собственных нужд участок ЖЗ может быть выполнен кабелем или гибким проводом. Выбор того или другого способа соединения зависит от взаимного расположения ОРУ, главного корпуса и резервного трансформатора Т3. Так же, как на ТЭЦ, вся ошиновка в РУ 35кВ и выше выполняется проводами АС.На подстанциях, в открытой части, могут применяться провода АС или жесткая ошиновка алюминиевыми тубами. Соединение трансформатора с закрытым РУ 6-10 кВ или с КРУ 6-10 кВ осуществляется гибким подвесным токопроводом, шинным мостом или закрытым комплектным токопроводом. В РУ 6-10 кВ применяется жесткая ошиновка (шины или трубы).

Выбор жестких шин

Как указывалось выше, в закрытых РУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за высокой их стоимости не применяются даже при больших токовых нагрузках. При токах до 3000 А применяются одно- и двухполосные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения, т.к. они обеспечивают меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшие условия охлаждения.

Например, при токе 2650 А необходимы алюминиевые шины трехполосные размером 3(60х10) мм или коробчатые 2х695 мм² с допустимым током 2670А. В первом случае общее сечение шин составляет 1800 мм², во втором 1390 мм². Как видно, допустимая плотность тока в коробчатых шинах значительно больше (1,92 вместо 1,47 А/мм²).

Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам (ошиновка) 6-10 кВ из проводников прямоугольного или коробчатого профиля крепятся на опорных фарфоровых изоляторах. Шинодержатели, с помощью которых шины закреплены на изоляторах, допускают продольное смещение шин при их удлинении вследствие нагрева. При большой длине шин устанавливаются компенсаторы из тонких полосок того же материала, что и шины (рисунок 9.2). Концы шин на изоляторе имеют скользящее крепление через продольные овальные отверстия и шпильку с пружинящей шайбой. В местах присоединения к аппаратам изгибают шины или устанавливают компенсаторы, чтобы усилия, возникающие при температурных удлинениях шин, не передавались на аппарат.

шина

Опорный изолятор

болт

Рисунок 9.2. Схема крепления компенсатора нагрева шин

Соединение шин по длине обычно осуществляется сваркой. Присоединение шин к медным (латунным) зажимам аппаратов производится с помощью переходных зажимов, предотвращающих образование электролитической пары медь-алюминий.

Для лучшей теплоотдачи и удобства эксплуатации окрашивают: при переменном токе – фаза А в желтый, фаза В – в зеленый и фаза С – красный цвет; при постоянном токе положительная шина в красный, отрицательная – синий цвет.

Выбор сечения шин производится по нагреву (по допустимому току в нормальном, послеаварийном режиме или режиме в период ремонтов.) При этом учитывается возможность неравномерного распределения токов между секциями шин.

Условие выбора ,

=3191 А - определяется по наибольшей нагрузке секции.

Выбираем алюминиевые двухполосные шины прямоугольного сечения:

- размеры шины 120∙10 (h=120 мм, b=10мм);

- сечение одной полосы 1200 мм²;

- масса одной полосы 3.245 кг/м;

- допустимый ток 3200 А.

I_доп – допустимый ток на шины выбранного сечения с учетом поправки при расположении шин плашмя или температуре воздуха, отличной от принятой в таблицах (T_{0 ном}=25⁰С). В последнем случае:

(9.1)

Для неизолированных проводов и окрашенных шин принято Т_доп=70⁰С, Т_0ном=25⁰С, тогда

(9.2)

где:

• I_{доп.ном} – допустимый ток по таблицам при температуре воздуха

Т_{0 ном}=25⁰С;

• Т₀ – действительная температура воздуха (на ЗАЭС Т₀=25 ⁰С);

• Т_доп=70⁰С – допустимая температура нагрева продолжительного режима.

; 3191 А<3200 А.

Проверка шин на термическую стойкость при КЗ производится по условию: ,

где:

• q_min – минимальное сечение по термической стойкости; ,

где:

• С – функция, значения которой даются в справочных таблицах, С=90;

• q – выбранное сечение.

Проверка шин на электродинамическую стойкость.

Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой динамическую колебательную систему, находящуюся под воздействием электродинамических сил.

В такой системе возникают колебания, частота которых зависит от массы и жесткости конструкций. Электродинамические силы, возникающие при КЗ, имеют составляющие, которые изменяются с частотой 50 и 100 Гц. Если собственные частоты колебаний системы шины-изоляторы совпадут с

этими значениями, то нагрузки на шины и изоляторы возрастут. Если собственные частоты меньше 30 и больше 200 Гц, то механического резонанса не возникает. В большинстве практически применяемых конструкциях шин эти условия соблюдаются, поэтому ПУЭ не требует проверки на электродинамическую стойкость с учетом механических колебаний.

В частных случаях, например, при проектировании новых конструкций РУ с жесткими шинами, производится определение частоты собственных колебаний:

Для алюминиевых шин

(9.3)

где:

• – длина пролета между изоляторами, м;

• J – момент инерции поперечного сечения шины, относительно оси, перпендикулярной направлению изгибающей силы, см²;

• q –поперечное сечение шины, см².

Изменяя длину пролета и форму сечения шин добиваются того, чтобы механический резонанс был исключен, т.е. чтобы f₀>200Гц. В этом случае проверка шин на электродинамическую стойкость производится в предположении, что шины и изоляторы являются статической системой с нагрузкой равной максимальной электродинамической силе, возникающей при КЗ. Если f₀<200Гц, то необходимо производить специальный расчет шин с учетом дополнительных динамических усилий, возникающих при механических колебаниях шинной конструкции.

Для того, чтобы механический резонанс был исключен, необходимо, чтобы длина пролета между изоляторами составляла примерно 0,5 м.

Механический расчет двухполосных шин.

Если каждая фаза выполняется из двух полос, то возникают усилия между полосами и между фазами. Усилие между полосами не должно приводить к их соприкосновению. Для того, чтобы уменьшить это усилие, в пролете между полосами устанавливают прокладки.

Пролет между прокладками _n выбирается таким образом, чтобы электродинамические силы, возникающие при КЗ, не вызывали соприкосновения полос:

(9.4)

Механическая система две полосы – изоляторы должны иметь частоту собственных колебаний больше 200 Гц, чтобы не произошло резкого увеличения усилия в результате механического резонанса.

Рисунок 9.3. Рисунок 9.4

Схема крепления двухполосных шин График изменения коэффициента формы

Исходя из этого, величина _nвыбирается еще по одному условию:

(9.5)

В последних двух формулах:

• a_n – расстояние между осями полос, см;

• – момент инерции полосы, см⁴;

• K_ф– коэффициент формы;

• m_n – масса полосы на единицу длины, кг/м;

• E – модуль упругости материала (таблица 9.1).

В расчет принимается меньшая из двух l_nвеличин, определенных по этим формулам.

_{В расчет принимается}

Таблица 9.1

Материал	Марка	Разрушающее напряжение σразр МПа	Допустимое напряжение Σдоп МПа	Модуль упругости Е Па
Алюминий Алюминиевые сплавы Медь Сталь	АДО АД31Т АД31Т1 МГТ Ст3	60…70 130 200 250…300 370…500	40 15 90 140 160	1∙1010 - - 10∙1010 20∙1010

Силу взаимодействия между полосами в пакете из двух полос можно найти по формуле:

, i₁ =i₂ =i_y/ 2; а_п=2b,

где:

• b – толщина полос.

Тогда (9.6)

Напряжение в материале шин от взаимодействия полос, МПа:

(9.7)

где:

• W_n – момент сопротивления одной полосы, см³;

• – расстояние между прокладками, м.

Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз определяется по формуле :

(9.8)

_где:

• – длина пролета между изоляторами, м;

• W_ф – момент сопротивления пакета шин , см³;

• а_ф – расстояние между осями фаз.

Шины механически прочны, если: